激光雷达（LiDAR，Light Detection and Ranging）是卫星遥感领域中“高精度三维探测”的核心载荷，与此前介绍的光学载荷（全色、多光谱等）、微波载荷（SAR、雷达高度计等）均有本质区别——它以激光为探测介质，主动发射激光脉冲并接收反射回波，精准测量卫星到地表目标的距离，进而生成高精度三维地形模型，核心定位是“三维高程探测”，精度远超雷达高度计，广泛应用于高精度测绘、植被监测、深空探测等高端场景。

一、核心定义

星载激光雷达，全称“卫星激光探测与测距系统”，是一种主动式光学遥感载荷（区别于微波载荷），通过卫星平台向地表目标主动发射脉冲激光（常用波段为近红外波段），记录激光脉冲从发射到接收回波的时间差，结合激光传播速度，计算出卫星到目标表面的垂直距离（星地距离），再通过卫星轨道参数和激光扫描轨迹，反演得到地表目标的三维坐标和高程数据，最终生成高精度数字高程模型（DEM）和三维点云数据。

其核心优势是“三维探测精度极高”，可达到厘米级至分米级高程精度，远超雷达高度计（分米级至米级）；同时激光束窄、方向性强，能精准捕捉地表微小地形变化，弥补了光学载荷无法实现高精度三维探测、微波载荷高程精度不足的局限，是卫星遥感中“高精度三维测绘”的核心设备。

二、核心特点（结合主动探测共性，突出自身独特优势）

• 核心功能是高精度三维探测，输出三维数据：这是激光雷达与其他载荷的核心区别——光学载荷侧重成像/识别，微波载荷（SAR）侧重成像/形变监测、雷达高度计侧重二维测距，而激光雷达聚焦“三维高程探测”，输出三维点云、数字高程模型，能精准还原地表的三维形态，捕捉微小地形细节。
• 高程精度极高，远超其他测距载荷：凭借激光的高方向性、高单色性，结合精准的时间差测量技术，星载激光雷达的高程精度可达到厘米级至分米级，能清晰捕捉地表的微小起伏（如厘米级的地形落差、植被高度变化），精度远高于雷达高度计（分米级至米级）和光学测绘手段。
• 主动激光模式，依赖光照条件，受天气影响较大：与微波载荷不同，激光雷达的探测介质是激光（属于光学波段），虽为主动发射模式（不依赖太阳光反射），可在夜间工作，但激光无法穿透云、雨、雾、霾，遇到恶劣天气会被遮挡，信号衰减严重，甚至无法探测，环境适应性远逊于SAR、散射计等微波载荷，与光学载荷类似。
• 激光束窄，方向性强，探测分辨率高：激光束的发散角极小（窄波束），方向性极强，可精准聚焦于单个目标点，探测分辨率高，能区分地表的细微目标（如单棵树木、小型建筑），尤其适合精细化三维建模和微小地形监测。
• 技术难度高，成本较高：核心技术集中在高功率脉冲激光发射、高精度时间差测量、激光回波信号降噪与校正，同时需要搭载稳定的卫星姿态控制系统，避免激光投射偏差；研发、制造、运维成本高于雷达高度计、散射计，与高光谱成像仪、SAR相近。
• 探测幅宽较窄，覆盖效率低于微波载荷：由于激光束窄，单次探测的幅宽较小（通常为数十公里），覆盖效率远低于SAR、散射计（幅宽数百至数千公里），适合高精度、小范围探测，不适合全球大范围快速覆盖。

三、工作原理（简洁易懂，贴合工程逻辑，衔接主动探测共性）

激光雷达的工作原理核心是“激光时间差测距+三维扫描”，与雷达高度计的测距逻辑类似，但增加了三维扫描功能，流程清晰，具体分为5个步骤：

1. 主动发射：激光雷达的激光发射器向地表目标发射高功率脉冲激光（常用近红外波段，波长约1064nm），激光脉冲以光速传播，且激光束呈窄波束、高方向性；
2. 扫描投射：通过卫星上的扫描系统（如振镜扫描），控制激光束按预设轨迹（如条带式、点阵式）扫描地表，实现对目标区域的全覆盖探测；
3. 回波接收：激光脉冲到达地表目标（地形、植被、建筑）后，发生反射/散射，部分回波信号被激光雷达的接收机接收，精准记录激光发射时间和回波接收时间；
4. 距离计算：根据“距离=光速×时间差÷2”（时间差为发射与接收的间隔，除以2是因为激光往返传播），计算出卫星到每个探测点的垂直距离（星地距离）；
5. 三维反演：结合卫星的精确轨道参数、姿态参数，以及激光扫描轨迹，将每个探测点的星地距离转换为地表目标的三维坐标（经度、纬度、高程），最终生成三维点云数据和高精度数字高程模型（DEM）。

关键补充：星载激光雷达分为“脉冲式”和“连续波式”，其中脉冲式激光雷达应用最广泛，具备高功率、高精度的优势，适合卫星三维测绘；连续波式激光雷达功率较低，多用于植被高度、大气参数探测。

四、主要应用场景（突出“高精度三维探测”核心，贴合实际需求，与其他载荷互补）

激光雷达的应用核心是“高精度三维测绘与微小变化监测”，聚焦于其他载荷无法完成的高精度场景，常见用途包括：

• 高精度地形测绘（核心应用）：生成高精度数字高程模型（DEM），用于国土测绘、城市三维建模、道路建设、水利工程规划，尤其适合山区、丘陵等地形复杂区域的测绘，精度远超传统测绘手段和雷达高度计。
• 植被生态监测：通过测量激光回波的双层反射（植被冠层反射和地面反射），精准计算植被高度、植被覆盖度、生物量，监测植被长势、森林退化情况，为生态环境保护、林业资源管理提供核心数据。
• 极地与冰川监测：精准测量南极、北极冰盖的厚度、高程变化，捕捉冰川运动轨迹和融化速度，监测冰盖表面的微小起伏，为全球气候变化研究、海平面上升预测提供高精度数据，弥补雷达高度计精度不足的局限。
• 灾害应急与形变监测：地震、滑坡、泥石流等灾害发生后，可快速获取受灾区域的三维地形数据，精准测量地形形变、滑坡范围、地面沉降量，评估灾害损失，辅助应急救援与灾后重建。
• 深空探测：用于月球、火星等深空探测任务（如我国嫦娥系列卫星、祝融号火星车搭载的激光雷达），测量天体表面的地形高程、土壤厚度，生成天体三维地形模型，为深空探测车导航、天体地质研究提供支撑。
• 城市精细化管理：生成城市三维模型，用于城市规划、建筑物监测、地下管线探测，辅助城市精细化管理和智慧城市建设。

五、与其他核心载荷的核心区别（衔接前文，清晰对比，保持逻辑一致）

激光雷达与此前介绍的光学载荷、微波载荷（SAR、雷达高度计）差异显著，核心区别集中在探测介质、功能、精度、环境适应性上，延续此前对比逻辑，方便衔接理解：

• 与微波载荷（SAR、雷达高度计）： – 探测介质：激光雷达（激光，光学波段）；微波载荷（微波，毫米/厘米级波段）； – 核心功能：激光雷达（高精度三维探测，输出三维数据）；SAR（成像/形变监测）；雷达高度计（二维垂直测距）； – 精度与环境：激光雷达（高程精度极高，受天气影响大）；微波载荷（精度较低，全天候工作）。
• 与光学载荷（全色/多光谱/高光谱）： – 核心功能：激光雷达（三维高程探测）；光学载荷（成像、地物/物质识别）； – 成像特征：激光雷达（输出三维点云/DEM，无常规影像）；光学载荷（输出二维影像）； – 优势场景：激光雷达（高精度三维建模、微小地形监测）；光学载荷（细节成像、地物分类）。

补充：激光雷达与雷达高度计均能测距，但激光雷达侧重“三维高精度”，雷达高度计侧重“二维大范围”；与SAR均能实现地形相关监测，但SAR侧重“二维形变成像”，激光雷达侧重“三维地形建模”，三者互补支撑高精度遥感监测。

六、主流卫星激光雷达参数参考（衔接此前卫星体系，保持一致性）

补充国内外主流卫星的激光雷达核心参数，方便对比理解，兼顾测绘、植被、深空探测等场景：

• ICESat-2（美国NASA）：近红外脉冲激光雷达，高程精度±2cm，主要用于极地冰盖厚度监测、全球植被高度测量，是星载激光雷达的标杆卫星。
• 高分七号（GF-7，中国）：搭载激光雷达载荷，高程精度±10cm，核心用于高精度地形测绘、城市三维建模，是我国首颗高精度三维测绘卫星。
• 嫦娥五号（中国）：搭载激光高度计（激光雷达简化版），用于月球表面地形高程测量，为月球采样返回任务提供导航和地形数据。